EP0682406A1 - Linéarisateur à prédistorsion large bande et auto compensé en température pour amplificateur hyperfréquence - Google Patents

Linéarisateur à prédistorsion large bande et auto compensé en température pour amplificateur hyperfréquence Download PDF

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EP0682406A1
EP0682406A1 EP95401066A EP95401066A EP0682406A1 EP 0682406 A1 EP0682406 A1 EP 0682406A1 EP 95401066 A EP95401066 A EP 95401066A EP 95401066 A EP95401066 A EP 95401066A EP 0682406 A1 EP0682406 A1 EP 0682406A1
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EP
European Patent Office
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coupler
linearizer
amplifier
channel
linear
Prior art date
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Application number
EP95401066A
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German (de)
English (en)
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EP0682406B1 (fr
Inventor
Michel Pouysegur
François Nicolas
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Alcatel Lucent SAS
Original Assignee
Alcatel Espace Industries SA
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Publication date
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Publication of EP0682406B1 publication Critical patent/EP0682406B1/fr
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/32—Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
    • H03F1/3241—Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion using predistortion circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/198—A hybrid coupler being used as coupling circuit between stages of an amplifier circuit

Definitions

  • the invention relates to the field of telecommunications by electromagnetic waves, and more particularly to microwave amplification devices used in transmission and / or reception equipment in such telecommunications systems. More specifically, the invention relates to a predistortion linearizer for microwave amplifier, intended to overcome the effects of non-linearity induced by the different amplification conditions encountered in the various operating modes of the equipment.
  • linearizer is made necessary by the fact well known to those skilled in the art, that if, in order to obtain good electrical efficiency from an amplifier, in particular from a power amplifier, the latter should operate near saturation. However, near this operating point, the linearity of the amplifier is greatly degraded compared to the linearity of this same amplifier used with amplitude signals weaker than those necessary to bring it into saturation mode.
  • linearizer In order to increase the dynamic range of an amplifier, without sacrificing the electrical efficiency obtained near saturation, it is known to use a device for correcting non-linearities, which is called a linearizer. They are conventionally of three types: either with a negative feedback loop ("feed back” in English), or with an open loop (“feed foward”), or of the type known as predistortion linearizer.
  • the linearizer in the feed back configuration is suitable for amplifiers working at relatively low frequencies, and whose variations in the characteristics of the signals and therefore in the linearity of the amplifier are slower than the reaction time of the loop, c that is to say between the detection of a non-linearity and the correction thereof.
  • this configuration is very difficult to implement for the amplification of microwave signals, since it is too slow compared to the frequencies of the signal to give satisfactory results.
  • an open loop linearizer or a predistortion linearizer In microwave, it is therefore preferable to use either an open loop linearizer or a predistortion linearizer.
  • the principle is based on the extraction via a coupler, of a part of the signal before amplification thereof, which is then processed by different active and passive electronic components to obtain a non-linear correction signal, having the same characteristics of non-linearity as those of the useful signal to correct, but in phase opposition.
  • the addition of the correction signal thus obtained with the amplified useful signal makes it possible to obtain the desired linearity.
  • the predistortion linearizer provides a correction signal with the signal to be amplified at the input of the power microwave amplifier whose non-linearities are to be corrected.
  • predistortion linearizers Different types have already been studied.
  • a first family of predistortion linearizers is described for example by document US-A-4,992,754 from BLAUVELT et al., In the name of ORTEL Corp. (USA).
  • the useful signal is applied to a delay line, while the correction signal is produced in a parallel branch, with an amplitude adjustment to make it equal to that of the non-linearity of the amplified signal, and an adjustment of the phase of the signal to obtain a phase opposition with respect to the useful signal which propagates on the delay line.
  • the useful signal and the correction signal are added using a microwave combiner or coupler, and then routed to the input of the power microwave amplifier. The non-linearities observed at the output of the power amplification stage are thus significantly reduced if not eliminated.
  • predistortion linearizer known for example from document US-A-4,068,186 by SATO et al., In the name of KDD (Japan), may also be mentioned.
  • This linearizer shown schematically in Figure 1, is designed to work at high frequencies to overcome the non-linearities of an amplifier of the TOP type (traveling wave tube) or klystron.
  • TOP travelling wave tube
  • klystron As a generator of non-linearity, SATO et al. teaches the use of a low power TOP.
  • This kind of amplifier introduces a slight delay (due to the finite speed of electron propagation in a vacuum) of the amplified signal compared to the unamplified signal. In order to synchronize the signals of the non-linear and linear channels, it is therefore necessary to introduce a delay line 3 in the corrective branch.
  • the signal to be amplified is presented at the input 1 of the linearizer of SATO et al., From where it is applied to a first corrector of amplitude-frequency characteristic 10.
  • the output of said first corrector 10 is then supplied to a splitter coupler 2 which divides the signal into two parts, to apply them respectively to the inputs of two transmission lines, the first comprising a delay line 3, and the second comprising a microwave amplifier 4 generating a non-linear distortion, for example a TOP weak power.
  • the fourth branch of the coupler 2 is terminated by a suitable load 8.
  • the divider coupler 2 introduces a phase shift ⁇ between the two signals supplied at the output.
  • the main channel (called the linear channel) therefore comprises a microwave amplifier 4 whose operating point is chosen near saturation to obtain the generation of non-linearities which depend on the power of the input signal.
  • a variable attenuator 13 is located at the output of the amplifier 4.
  • the other route from SATO et al. (called the non-linear channel) comprises, in addition to the delay line 3, a corrector 9 of the phase-frequency characteristic.
  • the signals of the two channels are applied to the two inputs of a second combiner coupler 5, or they are added (again with a phase shift ⁇ between the two signals).
  • the fourth branch of the coupler 5 is terminated by a suitable load 7.
  • the signal resulting from the addition of the two signals present on the two inputs is then supplied to a second amplitude-frequency characteristic corrector 12.
  • the useful signal, printed with a predistortion is provided at output 6 of the device where it will be applied to the input of a microwave power amplifier.
  • This prior art device therefore comprises two correcting members 12, 10 for the non-linear amplitude-frequency characteristic, as well as a correcting member 9 for the phase-frequency characteristic. Examples of embodiments of such corrective members are described in the document SATO et al., The description of which is expressly incorporated by reference in the present application, with regard to its description of embodiments of the prior art.
  • the non-linear characteristics of these organs are added to those of the microwave amplifier 4.
  • the transfer functions of all these organs vary disparately depending on the frequency and amplitude of the signals, or even depending on the component temperature.
  • Another adjustment of the correcting members 9, 10, 12 makes it possible to obtain a transfer function whose gain increases with the level of the input signal but whose phase decreases with the latter. In this case, this is the response sought when it is desired to linearize a power amplifier in the solid state.
  • This document teaches the use of a predistortion circuit in order to linearize a broadband amplifier of a Ku-band spatial transponder.
  • the circuit would have two branches, connected at their ends by two 3dB hybrid couplers, each introducing a 90 ° phase shift. It also teaches the use of equivalent electrical lengths in the two branches, a configuration that is quite rare in the other predistortion circuits described elsewhere in the literature.
  • the invention aims to overcome the drawbacks of the prior art.
  • said first channel and said second channel are constituted by identical circuits.
  • said divider 22 is a 3 dB hybrid coupler.
  • said combiner 15 is a 3 dB hybrid coupler.
  • said divider 22 is a coupler with coupled lines.
  • said combiner 15 is a ring coupler.
  • the invention also proposes different technologies for producing the linearizer circuits, which can be produced at least in part in MMIC technology. According to a variant, said linearizer is produced at least in part in MIC technology. Finally, the invention also provides a microwave amplifier comprising a linearizer according to any one of the preceding variants.
  • FIG. 2 shows an example of a linearizer according to the invention.
  • the diagram resembles in several points the diagram of FIG. 1 which represents the prior art.
  • the signal to be amplified is presented at input 1 of the linearizer, from which it is applied to the input of a power divider coupler 22, one of the branches of which is terminated on a suitable load 8.
  • the signal is thus divided into two parts, which are applied respectively to the inputs of two transmission lines.
  • the splitter coupler 22 introduces a phase shift ⁇ between the two signals output at the two transmission lines.
  • this coupler 22 can equally well be a coupler with coupled lines, produced in microstrip technology for example.
  • the first transmission line (called the non-linear channel) comprises an amplifier 14, generator of a non-linear distortion of amplitude of the same nature as that of the power amplifier which one would like to linearize, a variable attenuator 13 , and a variable phase shifter 29.
  • the linear channel On the second transmission line (called the linear channel), we also have a variable phase shifter 19, a variable attenuator 13 and a microwave amplifier 4.
  • the signals on the two channels are then added by a combiner coupler 15, one of the branches of which is terminated on a suitable load 7.
  • the correction signal by predistortion is supplied at output 6 of the combiner coupler 15 to a microwave power amplifier (not shown).
  • the combiner coupler 15 introduces a phase shift ⁇ between the two signals supplied on its inputs by the two transmission lines, before their summation.
  • this coupler 15 can also be a ring coupler, also capable of introducing the desired phase shift.
  • each channel further comprises a fixed attenuator (not shown explicitly in FIG. 2).
  • These fixed attenuators can have different attenuation values but their electrical lengths will be identical. In this way, the electrical lengths of all the circuits on each channel being identical, the linearizing device of the invention works correctly in a very wide frequency band, because the transfer function of each channel varies in the same way depending on frequency.
  • the construction described above using FIG. 2 therefore has a natural phase shift of 180 ° between the two channels, this total phase shift resulting solely from the phase shifts introduced by the two divider 22 and combiner 15 couplers. Since the circuits are located on the two channels are identical, and that the identical circuit settings will be approximately the same on the two channels, the possible variations in transfer functions as a function of the temperature generated on the two channels are added in phase opposition and cancel each other out .
  • the device according to the invention is thus self-compensated in temperature.
  • the transfer function of the device according to the invention is independent of the frequency, it operates correctly over a very wide frequency band.
  • the relative phase shift ⁇ of the signals on the linear channel and the non-linear channel in order to obtain a global transfer function of the linearizer corresponding to a TOP as microwave amplifier of power is always of the order of ⁇ ⁇ - 170 °, with a difference in amplitude ⁇ V on the two channels of the order of 3dB.
  • the relative phase shift of the signals on the two channels is of the order of ⁇ ⁇ + 170 °.
  • the natural phase shift of 180 ° between the two channels gives a pre-setting of the linearizer according to the invention, which allows: on the one hand, to save the time devoted to fine-tuning the variable phase-shifters of the linearizer; and secondly, to ensure that the two adjustable phase shifters will have similar values, therefore a neighboring operating point, obtained by polarizations of the components which will be practically the same. This allows identical electrical lengths to be kept in both tracks.
  • fixed attenuators are added in each channel. It is advisable, for the aforementioned applications of linearization of a microwave power amplifier in solid state or of a TOP, to provide an attenuation value of the fixed attenuator in the non-linear channel greater than 3 dB at the attenuation value of the fixed attenuator of the linear channel. In this way, if there are small amplitude adjustments to be made in one or the other of the two channels, this can be done without appreciable modification of the operating point and therefore without appreciable modification of the electrical lengths of the two channels. .
  • the two channels are naturally adjusted very close to the optimum point, defined by: ⁇ ⁇ ⁇ 170 °, ⁇ V ⁇ 3dB.
  • the final adjustment of the phase difference or the difference in the amplitude of the signals which propagate in both the linear and non-linear channels is then carried out using the circuits attenuators or phase shifters located in each of the two channels.
  • the fact that the natural adjustment of the amplitudes and phases of the signals propagating in the two channels is very close to the optimum adjustment, means that the polarization conditions of the fine adjustment circuits (attenuators and phase shifters) will be similar. Their transfer functions will remain almost identical, since any adjustment to be made will necessarily be small from the natural adjustment ⁇ ⁇ 180 °, ⁇ V ⁇ 3dB.
  • circuits which constitute the two channels of the linearizer device according to the invention can be produced according to the usual techniques of those skilled in the art, and in particular by MMIC or MIC technologies.
  • the circuits can be made collectively or individually, and then connected by microstrip circuits, or by hybrid techniques.
  • the device of the invention naturally lends itself to being produced by MMIC techniques, insofar as the circuits in each channel must be identical, and therefore are easily reproduced from a library of standard MMIC components.
  • the linearizing device according to the invention is intended to form part of a microwave power amplifier, the linearity of which it improves over a wide frequency band, and under variable operating conditions.
  • the invention therefore provides a microwave amplifier comprising a linearizer as described above.
  • the proposed predistortion linearization device consists of two linear and non-linear channels consisting of the same elements for which the polarization conditions and the operating points are identical or almost identical.
  • the overall transfer function of the device is not or very little affected by the temperature variation thereof.
  • the device according to the invention can thus be characterized as self-compensated in temperature.
  • this device operates in a very wide frequency band.
  • the device according to the he invention presents a natural adjustment of the phases (and in a particular embodiment, of the amplitudes), corresponding to an application for a TOP or solid state amplifier.
  • the device of the invention is therefore preset.

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Abstract

Un linéariseur à prédistorsion pour amplificateur hyperfréquence de puissance comprenant deux voies, une voie dite linéaire et une voie dite non linéaire, caractérisée ne ce que les deux voies sont constituées des mêmes éléments, chaque voie comprend en outre : un déphaseur réglable, un atténuateur réglable, et un amplificateur ; et peut comprendre aussi un atténuateur fixe. Les deux voies sont couplées à leurs extrémités par des coupleurs introduisant chacun un déphasage de 90° pour un total de 180°. Puisque les composants sont les mêmes sur les deux voies, les variations éventuelles en fonction de la fréquence ou l'amplitude du signal ou la température de fonctionnement s'annulent. Applications en télécommunications et en particulier multi porteuse. <IMAGE>

Description

  • L'invention concerne le domaine de télécommunications par ondes électromagnétiques, et plus particulièrement des dispositifs d'amplification hyperfréquence utilisés dans des équipements d'émission et/ou de réception dans de tels systèmes de télécommunications. Plus précisément, l'invention concerne un linéariseur à prédistorsion pour amplificateur hyperfréquence, destiné à pallier des effets de non-linéarité induits par les différentes conditions d'amplification rencontrées dans les divers régimes de fonctionnement de l'équipement.
  • L'utilisation d'un linéariseur est rendue nécessaire par le fait bien connu de l'homme de l'art, que si, pour obtenir un bon rendement électrique d'un amplificateur, en particulier d'un amplificateur de puissance, celui-ci doit fonctionner près de la saturation. Or, près de ce point de fonctionnement, la linéarité de l'amplificateur est fortement dégradée par rapport à la linéarité de ce même amplificateur utilisé avec des signaux d'amplitude plus faibles que ceux nécessaires pour amener celui-ci en régime de saturation.
  • Afin d'accroître la dynamique en régime linéaire d'un amplificateur, sans sacrifier le rendement électrique obtenu près de la saturation, il est connu d'utiliser un dispositif de correction de non-linéarités, que l'on appelle un linéariseur. Ils sont classiquement de trois types : soit à boucle de rétroaction négative ("feed back" en anglais), soit en boucle ouverte ("feed foward"), soit du type dite linéariseur à prédistorsion.
  • Le linéariseur en configuration "feed back" convient à des amplificateurs travaillant à des fréquences relativement basses, et dont les variations des caractéristiques des signaux et donc de la linéarité de l'amplificateur, sont plus lentes que le temps de réaction de la boucle, c'est-à-dire entre la détection d'une non-linéarité et la correction de celle-ci. En revanche, cette configuration est très difficile à mettre en oeuvre pour l'amplification de signaux hyperfréquence, car trop lente par rapport aux fréquences du signal pour donner des résultats satisfaisants.
  • En hyperfréquence, on préfère alors l'utilisation soit d'un linéariseur à boucle ouverte, soit d'un linéariseur à prédistorsion. Le principe repose sur l'extraction via un coupleur, d'une partie du signal avant l'amplification de celui-ci, qui est ensuite traité par différent composants électroniques actifs et passifs pour obtenir un signal non-linéaire de correction, ayant les mêmes caractéristiques de non-linéarité que celles du signal utile à corriger, mais en opposition de phase. Dans un circuit linéariseur à boucle ouverte, l'addition du signal de correction ainsi obtenu avec le signal utile amplifié, permet d'obtenir la linéarité recherchée. Le linéariseur à prédistorsion, en revanche, fourni un signal de correction avec le signal à amplifier à l'entrée de l'amplificateur hyperfréquence de puissance dont on voudrait corriger les non-linéarités.
  • Différents types de linéariseurs à prédistorsion ont déjà été étudiés. Une première famille de linéariseurs à prédistorsion est décrite par exemple par le document US-A-4.992.754 de BLAUVELT et al., au nom de ORTEL Corp. (USA). Selon l'enseignement de ce document, le signal utile est appliqué à une ligne à retard, tandis que le signal de correction est élaboré dans une branche parallèle, avec un réglage d'amplitude pour le rendre égal à celui de la non-linéarité du signal amplifié, et un réglage de la phase du signal pour obtenir une opposition de phase par rapport au signal utile qui se propage sur la ligne à retard. Le signal utile et le signal de correction sont additionnés à l'aide d'un combineur ou d'un coupleur hyperfréquence, et ensuite acheminés sur l'entrée de l'amplificateur hyperfréquence de puissance. Les non-linéarités constatées à la sortie de l'étage d'amplification de puissance sont ainsi sensiblement diminuées sinon éliminées.
  • On peut citer aussi un autre type de linéariseur à prédistorsion connu par exemple par le document US-A-4.068.186 de SATO et al., au nom de KDD (Japon). Ce linéariseur, montré schématiquement sur la figure 1, est conçu pour travailler à des hautes fréquences pour pallier les non-linéarités d'un amplificateur du type TOP (tube à ondes progressives) ou klystron. Comme générateur de non-linéarité, SATO et al. enseigne l'utilisation d'un TOP de faible puissance. Ce genre d'amplificateur introduit un léger retard (du à la vitesse finie de propagation d'électrons dans le vide) du signal amplifié par rapport au signal non amplifié. Afin de synchroniser les signaux des voies non-linéaire et linéaire, il faut donc introduire une ligne à retard 3 dans la branche correctrice.
  • Le signal à amplifier est présenté à l'entrée 1 du linéariseur de SATO et al., d'où il est appliqué à un premier correcteur de caractéristique amplitude-fréquence 10. La sortie dudit premier correcteur 10 est ensuite fourni à un coupleur diviseur 2 qui divise le signal en deux parties, pour les appliquer respectivement aux entrées de deux lignes de transmission, la première comprenant une ligne à retard 3, et la deuxième comprenant un amplificateur hyperfréquence 4 générateur d'une distorsion non-linéaire, par exemple un TOP faible puissance. La quatrième branche du coupleur 2 est terminée par une charge adaptée 8. Classiquement, le coupleur diviseur 2 introduit un décalage de phase ϑ entre les deux signaux fournis en sortie. Ce coupleur peut être par exemple un coupleur hybride 3dB, ce qui introduit un déphasage de ϑ = π/2 = 90°.
  • La voie principale (dite la voie linéaire) comprend donc un amplificateur hyperfréquence 4 dont le point de fonctionnement est choisi près de la saturation pour obtenir la génération de non-linéarités qui dépendent de la puissance du signal d'entrée. Afin de pouvoir régler le niveau de sortie du dispositif linéariseur à prédistorsion, sans agir sur le gain de l'amplificateur 4, un atténuateur variable 13 est situé en sortie de l'amplificateur 4.
  • L'autre voie de SATO et al. (dite la voie non-linéaire) comprend, outre la ligne à retard 3, un correcteur 9 de la caractéristique phase-fréquence. Les signaux des deux voies sont appliqués aux deux entrées d'un deuxième coupleur combineur 5, ou ils sont additionnés (encore avec un décalage de phase ϑ entre les deux signaux). Ce coupleur peut être par exemple un coupleur hybride 3dB, ce qui introduit encore un déphasage de ϑ = π/2. La quatrième branche du coupleur 5 est terminée par une charge adaptée 7. Le signal résultant de l'addition des deux signaux présents sur les deux entrées est ensuite fourni à un deuxième correcteur de caractéristique amplitude-fréquence 12. Enfin le signal utile, imprimé avec une prédistorsion, est fourni à la sortie 6 du dispositif où il sera appliqué à l'entrée d'un amplificateur hyperfréquence de puissance.
  • Ce dispositif de l'art antérieur comprend donc deux organes correcteurs 12,10 de la caractéristique non-linéaire amplitude-fréquence, ainsi qu'un organe correcteur 9 de la caractéristique phase-fréquence. Des exemples de réalisation de tels organes correcteurs sont décrits dans le document SATO et al., dont le texte de la description est expressément incorporé par référence dans la présente demande, pour ce qui concerne sa description de réalisations de l'art antérieur.
  • Les caractéristiques non linéaires de ces organes s'ajoutent à ceux de l'amplificateur hyperfréquence 4. Les fonctions de transfert de tous ces organes varient de façon disparate en fonction de la fréquence et de l'amplitude des signaux, ou encore en fonction de la température des composants. On s'arrange pour que le signal non-linéaire ainsi élaboré soit additionné au signal utile en opposition de phase, pour annuler les non linéarités de l'amplificateur hyperfréquence de puissance (non montré), mais uniquement dans une bande de fréquence relativement étroite et dans une gamme de puissance d'entrée relativement réduite, et à une température donnée.
  • En jouant sur les caractéristiques des organes correcteurs 9,10,12 on peut obtenir une fonction de transfert dont le gain et la phase augmentent avec le niveau du signal d'entrée. Ceci est généralement la réponse recherchée lorsque l'on souhaite linéariser un TOP de puissance.
  • Un autre réglage des organes correcteurs 9, 10, 12 permet d'obtenir une fonction de transfert dont le gain augmente avec le niveau du signal d'entrée mais dont la phase diminue avec celui-ci. Il s'agit dans ce cas de la réponse recherchée lorsque l'on souhaite linéariser un amplificateur de puissance à l'état solide.
  • Un autre linéariseur hyperfréquence large bande est décrit dans l'article de A.M. KHILLA, "Novel Broadband Linearizers and their application in power amplifiers for satellite transponders and ground stations", Paru dans Proceedings Second European Conference on Satellite Communications, Liege, Belgium, 22-24 October 1991 pp 229-234, publié par ESA (L'agence Spatiale Européenne), publication no. SP-332, article qui fait partie intégrante de la présente demande pour sa description de l'art antérieur.
  • Ce document enseigne l'utilisation d'un circuit de prédistorsion afin de linéariser un amplificateur large bande de transpondeur spatial en bande Ku. Comme dans le document de SATO et al., le circuit aurait deux branches, connectées à leurs extrémités par deux coupleurs 3dB hybride, chacun introduisant un déphasage de 90°. Il enseigne en outre l'utilisation de longueurs électriques équivalentes dans les deux branches, une configuration assez rare dans les autres circuits de prédistorsion décrits par ailleurs dans la littérature.
  • Le principe des linéariseurs à prédistorsion illustré par les documents de l'art antérieur cités ci-dessus convient pour les applications hyperfréquences. Il présente cependant plusieurs inconvénients majeurs qui rendent sa mise en oeuvre difficile. On peut en citer parmi d'autres :
    • un premier inconvénient réside dans le fait que les opérations de réglage initial des circuits correcteurs (10,12) de la caractéristique amplitude-fréquence et du correcteur (9) de la caractéristique phase-fréquence, sont souvent longues et délicates à réaliser, tâche compliquée d'avantage dans le cas habituel ou les longueurs électriques des deux voies sont généralement très différentes ;
    • un deuxième inconvénient provient du fait que les deux voies étant constituées d'éléments différents, leurs comportements en fonction de la température sont différents également. Il en résulte des variations des caractéristiques des organes correcteurs et donc de la fonction de transfert globale du dispositif, ces variations étant particulièrement sensibles à la température ;
    • un autre inconvénient des dispositifs de l'art antérieur est que la largeur de bande de fonctionnement optimal du dispositif correcteur de non-linéarités est en fait limitée par les différences ou par des variations différentielles des longueurs électriques des deux voies, soit en fonction de la fréquence ou de l'amplitude des signaux à amplifier, soit en fonction des conditions de fonctionnement dont notamment la température.
  • L'invention a pour but de pallier les inconvénients de l'art antérieur.
  • A ces fins, l'invention propose un linéariseur à prédistorsion pour amplificateur hyperfréquence, ledit linéariseur comprenant en outre :
    • un diviseur d'entrée 22 comportant une entrée et deux sorties, ayant un déphasage relatif de 90° entre les deux sorties ;
    • une première voie dite linéaire et une deuxième voie dite non-linéaire, lesdites voies linéaire et non-linéaire présentant sensiblement la même longueur électrique ; et
    • un combineur de sortie 15 ayant deux entrées et une sortie, ayant un déphasage relatif de 90° entre les deux entrées ;
         caractérisé en ce que ladite première voie et ladite deuxième voie sont constituées par des circuits de même nature.
  • Selon une réalisation particulièrement avantageuse de l'invention, ladite première voie et ladite deuxième voie sont constituées par des circuits identiques. Selon une caractéristique, ledit diviseur 22 est un coupleur hybride 3 dB. Selon une autre caractéristique, ledit combineur 15 est un coupleur hybride 3 dB. Selon une variante, ledit diviseur 22 est un coupleur à lignes couplées. Selon une autre variante, ledit combineur 15 est un coupleur à anneau.
  • L'invention propose en outre différentes technologies de réalisation des circuits du linéariseur, qui peut être réalisé au moins en partie en technologie MMIC. Selon une variante, ledit linéariseur est réalisé au moins en partie en technologie MIC. Enfin, l'invention propose également un amplificateur hyperfréquence comportant un linéariseur selon l'une quelconque des variantes précédentes.
  • L'invention sera mieux comprise, et ses différentes caractéristiques et avantages ressortiront de la description détaillée qui suit d'un exemple de réalisation, et de ses figures annexées, dont :
    • la figure 1, déjà décrite, montre un linéariseur à prédistorsion de l'art antérieur ; et
    • la figure 2, montre schématiquement un exemple d'une réalisation d'un linéariseur à prédistorsion selon l'invention.
  • Les figures sont données à titre d'exemples non limitatifs pour illustrer les principales caractéristiques de l'invention et de ses variantes. Les mêmes repères se réfèrent aux mêmes éléments sur les deux figures. Des moyens équivalents peuvent être substitués aux éléments représentés sur les figures sans sortir pour autant du cadre de l'invention.
  • La figure 2 montre un exemple d'un linéariseur selon l'invention. Le schéma ressemble en plusieurs points au schéma de la figure 1 qui représente l'art antérieur. Comme dans la figure précédente, le signal à amplifier est présenté à l'entrée 1 du linéariseur, d'où il est appliqué à l'entrée d'un coupleur diviseur de puissance 22, dont l'une des branches est terminée sur une charge adaptée 8. Le signal est ainsi divisé en deux parties, qui sont appliquées respectivement aux entrées de deux lignes de transmission. Classiquement, le coupleur diviseur 22 introduit un décalage de phase ϑ entre les deux signaux fournis en sortie vers les deux lignes de transmission. Ce coupleur 22 peut être par exemple un coupleur hybride 3dB, ce qui introduit un déphasage de ϑ = π/2 (= 90°). Dans une réalisation préférée de l'invention, ce coupleur 22 peut aussi bien être un coupleur à lignes couplées, réalisé en technologie microruban par exemple.
  • La première ligne de transmission (dite la voie non-linéaire) comprend un amplificateur 14, générateur d'une distorsion non linéaire d'amplitude de même nature que celle de l'amplificateur de puissance que l'on voudrait linéariser, un atténuateur variable 13, et un déphaseur variable 29.
  • Sur la deuxième ligne de transmission (dite la voie linéaire), nous avons également un déphaseur variable 19, un atténuateur variable 13 et un amplificateur hyperfréquence 4.
  • Les signaux sur les deux voies sont ensuite additionnés par un coupleur combineur 15, dont l'une des branches est terminée sur une charge adaptée 7. Le signal de correction par prédistorsion est fourni en sortie 6 du coupleur combineur 15 à un amplificateur hyperfréquence de puissance (non montré). Classiquement, le coupleur combineur 15 introduit un décalage de phase ϑ entre les deux signaux fournis sur ses entrées par les deux lignes de transmission, avant leur sommation. Ce coupleur 15 peut être par exemple un coupleur hybride 3dB, ce qui introduit un déphasage de ϑ = π/2 (= 90°). Dans une réalisation préférée de l'invention, ce coupleur 15 peut aussi bien être un coupleur à anneau, également capable d'introduire le déphasage voulu.
  • En plus des éléments essentiels de l'invention énumérés ci-dessus, d'autres éléments peuvent être introduits sur chaque voie, à condition que les longueurs électriques des éléments introduits sur chaque voie soient identiques, d'une part, et que leurs éventuelles variations de caractéristiques (fonctions de transfert) en fonction notamment de la température ou du régime de fonctionnement (fréquence, puissance du signal d'entrée), soient les mêmes d'autre part.
  • Aussi, dans une réalisation préférée de l'invention, chaque voie comprend en outre un atténuateur fixe (non-montrés explicitement sur la figure 2). Ces atténuateurs fixes peuvent avoir des valeurs d'atténuation différentes mais leurs longueurs électriques seront identiques. De cette manière, les longueurs électriques de tous les circuits sur chaque voie étant identiques, le dispositif linéariseur de l'invention fonctionne correctement dans une très large bande de fréquences, car la fonction de transfert de chaque voie varie de la même façon en fonction de la fréquence.
  • La construction exposée ci-dessus à l'aide de la figure 2 présente donc un déphasage naturel de 180° entre les deux voies, ce déphasage total résultant uniquement des déphasages introduits par les deux coupleurs diviseur 22 et combineur 15. Puisque les circuits se trouvant sur les deux voies sont identiques, et que les réglages des circuits identiques seront approximativement les mêmes sur les deux voies, les variations éventuelles de fonctions de transfert en fonction de la température générée sur les deux voies sont additionnées en opposition de phase et s'annulent. Le dispositif selon l'invention est ainsi autocompensé en température.
  • Puisque les longueurs électriques des deux voies sont identiques, la fonction de transfert du dispositif selon l'invention est indépendante de la fréquence, il fonctionne correctement sur une très large bande de fréquence.
  • En outre, comme il est bien connu de l'homme de l'art, le déphasage relatif Δφ des signaux sur la voie linéaire et la voie non-linéaire pour obtenir une fonction de transfert globale du linéariseur correspondant à un TOP comme amplificateur hyperfréquence de puissance, est toujours de l'ordre de Δφ ≈ - 170°, avec une différence d'amplitude ΔV sur les deux voies de l'ordre de 3dB. Pour un amplificateur hyperfréquence de puissance à l'état solide, en revanche, le déphasage relatif des signaux sur les deux voies est de l'ordre de Δφ ≈ + 170°. On constate que dans les deux cas, le déphasage naturel de 180° entre les deux voies donne un pré réglage du linéariseur selon l'invention, qui permet : d'une part, d'économiser le temps consacré aux réglages fins des déphaseurs variables du linéariseur ; et d'autre part, d'assurer que les deux déphaseurs réglables auront des valeurs semblables, donc un point de fonctionnement voisin, obtenu par des polarisations des composants qui seront pratiquement les mêmes. Ceci permet de garder des longueurs électriques identiques dans les deux voies.
  • Dans une réalisation préférée de l'invention, des atténuateurs fixes sont ajoutés dans chaque voie. Il convient, pour les applications précitée de linéarisation d'un amplificateur hyperfréquence de puissance à l'état solide ou d'un TOP, de prévoir une valeur d'atténuation de l'atténuateur fixe dans la voie non linéaire supérieur de 3 dB à la valeur d'atténuation de l'atténuateur fixe de la voie linéaire. De cette manière, s'il reste des petits réglages d'amplitude à faire dans l'une ou l'autre des deux voies, ceci peut être effectué sans modification sensible du point de fonctionnement et donc sans modification sensible des longueurs électriques des deux voies.
  • Dans cette réalisation, on voit que les deux voies sont naturellement réglées très proche du point optimum, défini par : Δφ ≈ ± 170°, ΔV ≈ 3dB. L'ajustage final de la différence de phase ou de la différence de l'amplitude des signaux qui se propagent dans les deux voies linéaire et non linéaire, est alors réalisé à l'aide des circuits atténuateurs ou déphaseurs situés dans chacune des deux voies. Le fait que le réglage naturel des amplitudes et des phases des signaux se propageant dans les deux voies est très proche du réglage optimum, entraîne que les conditions de polarisation des circuits de réglage fin (atténuateurs et déphaseurs) seront similaires. Leurs fonctions de transfert resteront quasi identiques, du fait que tout réglage à faire sera forcement petit à partir du réglage naturel Δφ ≈ 180°, ΔV ≈ 3dB.
  • Des essais ont été effectués pour vérifier l'efficacité et le bon fonctionnement du dispositif selon l'invention. Le linéariseur décrit a été associé à un TOP pour lequel l'expansion requise du gain à saturation de celui-ci est de 4 dB et l'expansion de phase égale à 40°. Nous avons pu constater d'une part que le linéariseur était naturellement proche du réglage souhaité et que l'ajustement fin de ce réglage a pu être réalisé très rapidement. Nous avons pu constater également que le linéariseur selon l'invention fonctionne parfaitement dans une large bande de fréquence sans modification de réglage aucune. Sa bande passante en bande C est supérieure à 20 % , pour une première maquette de réalisation.
  • Enfin, dans une gamme de température variant de -10°C à +60°C, la variation de la courbe d'expansion du gain du linéariseur s'est avérée négligeable et la variation de la courbe d'expansion de phase très faible puisque inférieure à 5° à saturation.
  • Les circuits qui constituent les deux voies du dispositif de linéariseur selon l'invention peuvent être réalisés selon les techniques habituelles de l'homme du métier, et en particulier par les technologies MMIC ou MIC. Les circuits peuvent être réalisés collectivement ou individuellement, et ensuite reliés par des circuits microruban, ou par des techniques hybrides. Le dispositif de l'invention se prête naturellement à une réalisation par les techniques de MMIC, dans la mesure où les circuits dans chaque voie doivent être identiques, et donc sont facilement reproduits à partir d'une bibliothèque de composants MMIC standards.
  • Enfin, le dispositif linéariseur selon l'invention est destiné à faire partie d'un amplificateur hyperfréquence de puissance, dont il améliore la linéarité dans une large bande de fréquence, et dans des conditions de fonctionnement variables. L'invention propose donc un amplificateur hyperfréquence comprenant un linéariseur tel que décrit ci-dessus.
  • Pour résumer les avantages de l'invention, le dispositif de linéarisation à prédistorsion proposé est constitué de deux voies linéaire et non linéaire constituées des mêmes éléments pour lesquels les conditions de polarisations et les points de fonctionnement sont identiques ou quasi identiques. Il en résulte que la fonction de transfert globale du dispositif n'est pas ou très peu affectée par la variation de température de celui-ci. Le dispositif selon l'invention peut être ainsi caractérisé comme auto compensé en température.
  • De plus, de par le fait que les longueurs électriques des voies soient identiques ou quasi identiques, ce dispositif fonctionne dans une très large bande de fréquence.
  • D'autre part, l'utilisation originale d'un coupleur à lignes couplées en entrée et d'un coupleur en anneau en sortie associée avec le fait que les deux voies sont réalisées à l'aide des mêmes éléments fait que le dispositif selon l'invention présente un réglage naturel des phases (et dans une réalisation particulière, des amplitudes), correspondant à une application pour amplificateur à TOP ou à l'état solide. Le dispositif de l'invention est donc pré réglé.
  • Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples discutés et décrits ci-dessus, mais peut s'appliquer à toutes les réalisations utilisant un ou plusieurs moyen(s) équivalent(s) au moyens décrits à titre d'exemple, pour remplir les mêmes fonctions, en vu d'obtenir les mêmes résultats.

Claims (8)

  1. Linéariseur à prédistorsion pour amplificateur hyperfréquence, ledit linéariseur comprenant en outre :
    - un diviseur d'entrée 22 comportant une entrée et deux sorties, ayant un déphasage relatif de 90° entre les deux sorties ;
    - une première voie dite linéaire et une deuxième voie dite non-linéaire, lesdites voies linéaire et non-linéaire présentant sensiblement la même longueur électrique ; et
    - un combineur de sortie 15 ayant deux entrées et une sortie, ayant un déphasage relatif de 90° entre les deux entrées ;
    caractérisé en ce que ladite première voie et ladite deuxième voie sont constituées par des circuits identiques.
  2. Linéariseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit diviseur 22 est un coupleur hybride 3 dB.
  3. Linéariseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit combineur 15 est un coupleur hybride 3 dB.
  4. Linéariseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit diviseur 22 est un coupleur à lignes couplées.
  5. Linéariseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit combineur 15 est un coupleur à anneau.
  6. Linéariseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est réalisé au moins en partie en technologie MMIC.
  7. Linéariseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est réalisé au moins en partie en technologie MIC.
  8. Amplificateur hyperfréquence comportant un linéariseur selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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